无痛学习ISAC（一）

学习《Towards Multi-Functional 6G Wireless Networks: Integrating Sensing, Communication and Security》笔记

名词注释

Integrated sensing and communication(ISAC):通感一体

Paradigm revolution：范式革命由库恩提出的科学演进形式，大概应该是认为科学演进是伴随观念更新的跳跃式发展

Signaling：信令通信系统中用于控制的指令

Physical layer（PHY）：物理层

Eavesdropper（Eve）：窃听设备

Legitimate user（LU）：合法用户

Quality-of-service（QoS）：服务质量

Communication and radar spectrum sharing（CRSS）：通信雷达频谱共享

Line-of-sight（LoS）：视距

Non-LoS：非视距

Pulse repetition frequency（PRF）：脉冲重复频率

Signal-to-interference-plus-noise-ratio（SINR）：信噪比

Directional modulation（DM）：定向调制

Radio frequency（RF）：射频

Phase shifter（PS）：移相器

Digital-to-analogue converter（DAC）：数模转换器

Constructive interference（CI）：相长干涉

5G/6G Key performance indicator（KPI）：对于5G/6G网络适应度水平的一些关键评价指标

Ultra reliable low latency（URLLC）：低时延可靠通信

ISAC

①ISAC是未来网络建设的关键技术，是在使用相同频谱波形，相同硬件条件以及信号处理技术的基础上，在接收机上完成通信与感知的任务，任务比重可控，同时需要兼顾安全性。

②提高频谱与能源利用率，解决频谱拥塞并且降低硬件成本，实现用户间信息传递与检测目标的统一，通过共同设计提高感知与通信性能

③应用场景：智慧工厂，电子健康监测，城市互联等

④CRSS的目的是开发高频谱利用率，低干扰的共享频谱系统。ISAC相较于CRSS，增加了硬件与网络架构共享的思想，降低了硬件成本，两者均以解决安全性问题为主要课题

⑤通信任务主要是准确、有效地恢复接收信号中信息；感知任务主要是从目标反射、散射的波形中提取目标信息，完成检测（判断目标是否存在的二元决策任务）、估计（预测目标参数特征）与识别

注：感知定位精度的受限因素：①由噪声引起的感知误差②阵列孔径以及带宽导致的检测分辨率限制。

安全性研究

在联合解决通信与感知的任务过程中，由于两个系统需要共享频谱波形的设计参数以及感知任务广播的特性，带来了对于通信安全性考虑的问题：包含信息的雷达探测信号被监听可能导致信息泄露。

解决办法：

①信息加密:存在密钥分发管理繁琐的问题，无法彻底解决安全性问题并且难以识别造成泄露的密钥

②物理层安全技术：降低信号对于Eve的可检测性，但需大致了解Eve的信道或方向

③ISAC:在通信过程中通过感知环境中的Eve，设计专用波形抑制Eve的QoS

ISAC波形设计

①以感知为中心设计：将信号叠加在传感波形中，对雷达架构的兼容性高。方法：在脉冲间隔通信、通过指数调制或广义空间调制（早期）；通过雷达主波束进行感知探测，侧波束使用ASK/PSK进行调制用于通信，但大部分应用于LoS通信，对Non-LoS通信效果差并且传输速率相较于5G较低。

②以通信为中心设计：利用标准化的通信波形、协议与架构进行感知，不牺牲通信性能且数据传输的速率高，但是感知性能较差并且难以调优。

③联合波形设计：联合优化通信与感知系统，减低有用信号的功率并且功率集中在目标的感知方向，通过感知设计专用波形以最大化回波的信噪比、保证通信接收机信噪比并且降低Eve的接收信噪比以确保安全性。

ISAC研究的重要课题与挑战

①雷达定位与身份隐私保护设计：在保持雷达与通信系统相干水平最小的同时，共享波形设计参数且不造成隐私泄露。

②针对5G/6G的安全ISAC设计：设计满足5G/6G KPI的ISAC系统，降低复杂度与功耗。

③5G NR与安全ISAC的兼容性研究：灵活使用波形与无线接口配置来满足不同的通信环境与性能要求。

④网络层ISAC设计与安全性能分析

总结

主要介绍ISAC通信、感知与安全性的知识，主要侧重于通过ISAC的感知能力保证通信的安全性，重点放在物理层的信号设计与处理，对于网络层系统设计与应用层的感知任务涉及较少。

知识输出促进消化，意在记录学习过程，希望大佬们看到错误可以指出。